孫明 閆順來 高磊 高永利 高新奎

【摘要】本文利用微地震成像技術(shù)分析氣田開發(fā)過程中水利壓裂裂縫增長規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)在遠離裂縫分析井1300英尺的監(jiān)測井中可以發(fā)現(xiàn)微地震事件，并明確了當(dāng)監(jiān)測井偏離裂縫面時微地震信號（縱波和橫波）的特征。認(rèn)為只要速度場已知，只要在野外工作站上可以實現(xiàn)足夠快速的識別和事件定位，那么時時可靠地監(jiān)控裂縫的增長情況將成為可能。

【關(guān)鍵詞】微地震成像技術(shù) 水力壓裂 致密砂巖

通過微地震數(shù)據(jù)來描繪人工裂縫的幾何形態(tài)，顯示裂縫面，包括裂縫方位、縫高和裂縫對稱性。尤其重要的是，當(dāng)人工裂縫與應(yīng)力不同的天然裂縫相交時，微地震成像技術(shù)能夠確定裂縫復(fù)雜的發(fā)育情況。

1 微地震事件實例

1994年5月，為了更好的理解Cotton 流域致密含氣砂巖裂縫形態(tài)或發(fā)育情況，為了探測Carthage 油田的微地震事件，Union Pacific Resources 公司 （UPRC）組織了個初步研究^[5]。位于德克薩斯Panola鎮(zhèn)的Carthage油田發(fā)現(xiàn)于1968年，其儲層系位于250000英尺深處的低滲含氣薄砂巖。當(dāng)前 Carthage油田正處于第四鉆井活動期，為數(shù)眾多的井以80英畝的間隔分布于該區(qū)。

此次初步研究意在探討兩個重要問題：

（1）在遠離裂縫分析井1300英尺的監(jiān)測井中能否發(fā)現(xiàn)微地震事件？

（2）當(dāng)監(jiān)測井偏離裂縫面時，微地震信號（縱波和橫波）是什么樣的？

初步數(shù)據(jù)處理和解釋后我們總結(jié)了以下幾點：

（1）在地下9500英尺處通過水力壓裂激發(fā)的地震同相軸，可在超過1300英尺遠、位于Carthage砂巖和頁巖地層、遠離裂縫面的監(jiān)測井里接收到。

（2）估計裂縫方位為北偏東65度。

（3）微地震成像相對于處理井是不對稱的，在井的一側(cè)長約600英尺，另一側(cè)則長約800英尺。

（4）地震同相軸記錄在水力壓裂進行之前就是離散的，這極有可能和前期的生產(chǎn)壓裂井有關(guān)。

（5）為了估計同相軸的方位和距離，用來自于單個三分量檢波器的數(shù)據(jù)確定縱波和橫波的波至是至關(guān)重要的。

（6）當(dāng)不能依賴表面的炸藥激發(fā)進行機械定位時，假如第一個同相軸出現(xiàn)在緊靠注入井的附近，那么利用簡單的定位技術(shù)估計裂縫方位看來是可行的。

2 微地震記錄

在地表和井下的全部過程中，微地震事件和其他的干擾都會被持續(xù)記錄。井下儀器是一種諧振頻率為10Hz的三分量VSP器械?？紤]到井內(nèi)的壓力，部署時加了個長度超過24英寸、重達260磅的沉桿。離監(jiān)測井200英尺遠的地表三分量器械是一個帶有LRS-1011 10Hz組件的三軸系統(tǒng)。采用的采樣率為0.5ms，記錄長度為60s。在處理井位于9508英尺深的Cotton Valley段Taylor砂巖鉆了孔。

3 數(shù)據(jù)處理與解釋

涉及微地震事件處理和解釋的步驟有三步：同相軸鑒別、同相軸定位和誤差分析。

3.1 同相軸鑒別

研究中，由于我們在一個監(jiān)測井中只有一個單獨的三分量工具，只有含縱波和橫波波至的事件被利用。經(jīng)仔細分析，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)到事件定位程序時識別了18個事件。其中三個在泵輸送之前，14個在泵輸送期間，1個在泵輸送停止后。

3.2 同相軸定位

研究中，數(shù)據(jù)處理和解釋的關(guān)鍵在于以下事件定位方法的利用：首先，矢端圖分析決定了微地震事件的方位。如圖1.所示，在一個時窗（通常是2-3個周期）內(nèi)，通過用抽樣樣本繪制H1分量相對于H2分量的振幅（質(zhì)點速度）這一方法，決定了向下傳播壓縮的波前（或者叫波徑）的方位角。利用這一方法顯示出的“趨勢”描繪出方位角。

第二，檢波器和微地震源間的距離（D）是通過一個同相軸縱波和橫波初至?xí)r間（Tp和Ts）的差（ΔT ）估算得到的，假定適當(dāng)?shù)乃俣葹橐阎涸谔烊坏卣鸲ㄎ恢?，地震學(xué)家們都會使用上述圖中方程。在此次研究中，縱波的平均速度取1500 ft/s（基于測井曲線信息），橫波的平均速度取9250 ft/ s（根據(jù)Castagna的Vp-Vs關(guān)系推測）。一旦估計出它們的方位和距離，事件就會標(biāo)志在圖像平面上。這里假設(shè)第一個事件在注入井附近。

3.3 誤差分析

誤差與分析、繪制出的方位及分布的估計有關(guān)，誤差區(qū)域為橢圓形，它有以下特性：a=[VpVs/Vp-Vs]Δ（ΔT ）

b=DSin（ΔΘ）

其中：a和b是橢圓的兩個半軸的長度；Δ（ΔT ）是縱波和橫波初至?xí)r間間隔的誤差，ΔΘ是通過失端圖分析估計出的方位角誤差。在b半軸平均誤差區(qū)域延伸了150ft，在a半軸平均誤差區(qū)域延伸了400ft。這通常這不會嚴(yán)重影響裂縫長度的估計，但如果使用失端圖分析的話，就會成為確定裂縫高度的一個問題。

4 結(jié)論和建議

研究達到：我們發(fā)現(xiàn)由9500英尺深處水力壓裂導(dǎo)致的微地震事件在離事件源超過1300英尺遠的地方可以被探測到。事件定位技術(shù)認(rèn)為：當(dāng)采用用近地表炸藥激發(fā)為三分量檢波器定向的方法不太可靠時，可以假設(shè)在注入井附近，事件在小型壓裂處理啟動之后會立即出現(xiàn)。這個理論目前看起來還是可行的。很多從業(yè)人員已經(jīng)認(rèn)識到：即使井下檢波器的初至波能被拾取，采用近地表炸藥激發(fā)也經(jīng)常不能為檢波器定向。因此，我們建議在井間觀測系統(tǒng)中（鉆孔前）使用井下脈沖源來定位檢波器。

參考文獻

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“*”為通訊作者。